变速风力发电机组供电质量.pdf

第四编! 风力发电机的控制与供电质量技术 ####################################### 第十章! 变速风力发电机组供电质量 由于变速风力发电机组的转速控制系统采用了电力电子装置，当它将电能输送给电 网时会产生电力谐波并使功率因数恶化。因此在变速风力发电机组与电网之间需要一 个的电力电子接口，该接口在骤变的风况条件下具有快速的动态特性并能确保向电网提 供高品质的电能。 此外，当电网中并人的风力发电容量达到一定程度，会引起电压不稳定，特别是当电 网发生短时故障时，电压突降，风力发电机组无法向电网输送能量，最终将由于保护动作 而脱离电网。在风能占较大比重的电网中，风力发电机组的突然切出会导致电网不稳 定。因此，用合理的方法使风力发电机组输出的电功率平稳具有非常重要的意义。 本章主要针对以上两个方面的问题，提出解决问题的思路和可行的方法，以改善变 速风力发电机组的供电质量。 第一节! 电力电子接口 一、电力电子接口的要求 采取转差率可控的变速风力发电机组的控制可通过电流源逆变器 （#$ ）或自激电 容器来实现。在这两种情况下，能量都可以通过晶闸管有源逆变器（%$ ）回到电网，但返 回电网的是功率因数变化的非正弦电流，即使在发电机侧采用了谐波抑制手段，也还会 对电网造成影响。因此，我们重新来考虑采取交—直—交的供电方案。 为了满足在变速控制过程中良好的动态特性，并能使发电机向电网提供高品质的电 能，我们对发电机和电网之间的电力电子接口的要求归纳如下： ）在发电机和电网上产生尽可能低的谐波电流； ’ ）具有单位功率因数或可控制的功率因数； ( ）使发电机输出电压适应电网电压的变化； ) ）向电网提供稳定的功率； * ）发电机电磁转矩可控； + ）系统控制简便。 满足以上要求的电力电子接口的设计方案如图, - 所示。 两个电压源逆变器经直流耦合回路背靠背连接在一起。与电网连接的逆变器提供 固定频率、可变电压控制；与发电机连接的整流器提供可变电压和频率控制。发电机侧 整流器为普通的电压源逆变器，而电网侧逆变器为正弦脉宽调制（#./0 ）整流器。 ·+11 · 第四编$ 风力发电机的控制与供电质量技术 ####################################### 图! # !$ 交# 直# 交变换供电接口方案图 二、%’( 整流器 %’( 整流器电路示意图如图! # ) 所示，在直流耦合回路与电网之间的是一个普 通的电压源逆变器，逆变器输出端的交流线上的接入了具有滤波功能的交流电抗器。 图! # )$ %’( 整流器电源框图 %’( 整流器中的绝缘栅双极晶体管（!*+, ）通过脉宽调制 （’( ）控制提供给交 流电抗器上的有效电压。整流器电压- 和电网电压-. 之间的压差决定了交流电抗器 两端的压差，可使电流双向流动。 当整流器上的有效电压- 超前于电网电压- ，整流器就可以从直流母线上得到功 / . 率，并供应给电网，当- 滞后于- ，整流器从电网上吸取功率。 / . %’( 整流器与电网的同步通过测量交流电抗器供电端的电网电压过零值来保持。 三、%’( 整流器控制系统 与过零检测器保持同步的锁相环维持了对电网相角 的测量，这个信号用于将正 !0 弦交流线电流分解为与电网频率同步的同步坐标系中两个正交的直流分量12 和13 它们 分别代表了交流电流的有功分量和无功分量。1